直流调速改为变频调速的方案

牟玉龙 曹建枝 兰州石化设备维修公司 730060

直流调速改为变频调速的方案

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随着交流变频技术的不断发展，变频器与异步电动机的组合在调速比、稳定的转矩输出等性能方面已经与直流调速系统相当，完全可以满足喂料系统、牵引系统对转速、转矩的高要求。本文论述了在喂料系统中，直流调速改造为交流变频调速的计算过程和改造方案，并给出了两种具体的设备选择型号。

直流调速；变频调速；恒转矩

1 前言

某装置喂料系统使用直流电动机带动螺旋输料器向挤压机内连续输送物料，挤压机螺杆转速决定输送物料的快慢，即控制直流电动机的转速。近一年以来，喂料系统连续发生数起停机故障，造成装置停工。经过反复检查分析，造成故障频繁发生的原因是由于直流电机与直流调速器严重老化（其中直流电动机烧毁2次；更换碳刷3次；更换直流调速器1次），已不能满足装置正常运行的要求，因此，决定将直流调速系统改为交流变频调速系统。

2 交流变频与直流调速的对比

与直流调速系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有许多优点，如节能、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围的高效连续调速控制、容易实现电动机的正反转切换、可以进行高频度的起停运转、可以进行电气制动、可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制、电源功率因数大、所需电源容量小、可以组成高性能的控制系统等等。

在此次改造中，我们主要看中了交流变频的以下几个优点：

a因为没有碳刷，交流电动机更便于维护,防护等级为IP54的防爆异步电动机即可满足现场高粉尘的环境要求；

b交流变频器经过近几年的迅猛发展，矢量控制的恒转矩变频器其负载性能已经可以与直流系统相媲美，图一为变频调电动机的转矩特性，与他励式直流电动机机械特性相似，可以做到在启动时输出额定转矩。

c结构简单，改造方便，原有的仪表控制信号直接连上就可以使用。

由于以上特性，我们最终决定淘汰原有的直流系统，改为交流变频调速系统。

3 改造前的技术准备

首先对设备进行了详细的摸底，此套直流调速系统用于装置的喂料系统，包括直流电机驱动器、直流电机以及减速机。直流电机型号为LAK132B，功率4 K W，电压3 00V，电流为15.2A，转速2400转/分，绝缘等级为F级，防护等级为IP55；减速机型号为R83/A，转速比为6 0，这些参数对于改造相当重要。直流电机控制方式为电枢电流反馈控制方式。由此可见，系统对于调速的精度要求并不高，采用直流系统最主要的是为了满足恒转矩的要求。

3.1 异步电动机的功率

根据工艺提供的资料，正常情况下装置投料在7.3t/h时减速机输出转速为30转/分，按照物料重量与转速为线性关系推算，物料投放量在2～10t/h时减速机输出转速应为10～40转/分，则相对应的电动机输出转速为600～2400转/分。

在实际运行中，我们很难测定负载的转矩，而对于恒转矩负载，转速在额定转速以下调整，直流电动机的运行电流基本不变（要求小于额定电流），所以电动机的额定输出转矩即为负载可能出现的最大转矩。

根据电动机铭牌参数计算出直流电动机最高转速时输出转矩：

M1=9550P1/n1=9550*4/2400=15.9N.M

假如我们使用4 K W的2极交流电动机，其转矩为：

M2=9550P1/n1=9550*4/2900=13.2N.M＜15.9N.M

不能满足生产装置的要求，因此，电动机应该选用5.5KW的2极交流电动机。

M2=9550P2/n2=9550*5.5/2900=18.1N.M＞15.9N.M

3.2 变频器的功率

电动机选定以后，我们就可以选择变频器了。首先，根据电动机的选型以及装置所处海拔比较高（16 00米），变频器功率必须增加一个等级的要求，我们选择了7.5KW的变频器。在选择变频器的种类上，我们必须考虑到负载为旋转喂料系统，可以近似地看作是恒转矩负载，而且运行中经常出现低转速、大转矩的情况。因此，我们必须选用带矢量控制方式的变频器。

4 具体改造方案

4.1 选择合适的电机和变频器进行改造

根据以上计算，我们选用的电机为佳木斯生产的YBPT系列5.5KW隔爆型变频调速三相异步电动机，按照原减速机尺寸，重新加工制作电机基座（降低原高度）及电机对轮。电机冷却风扇电源接入原直流机风扇控制系统，并与变频器开停控制联锁。

变频器采用施耐德Altivar 71系列ATV 71HU75M3（7.5KW）恒转矩变频器，该变频器具有高达 220% 过力矩的性能，可以进行在线自整定 (FVC)，使用其开环磁通矢量控制功能，在不带速度反馈的情况下就能满足工艺控制要求。按照变频器的尺寸及技术要求，相应的对电气控制柜进行了改造，因为变频器比老型号的直流驱动器要小，再加之电源、开停控制、速度给定均相近，因此改造工作比较简单。

4.2 变频器的参数设定

施耐德Altivar 71有近540个参数，可以完成150种不同的功能。我们要针对实际的应用，参照说明书对特定的部分参数进行设定，就可以使变频器发挥出理想的效果。并且，Altivar 71还提供了简单启动设定和宏设定，这样就大大简化了参数设定的工作。对应于本次改造的参数设定，因为其应用于恒转矩负载，所以基本符合变频器的出厂设定值。输入电动机铭牌参数，进行“自整定”操作，完成后再对几个重要参数进行修改就可以试运行了。

a由于以前的系统使用的是0–10V的速度给定信号，因此必须改变模拟量输入A L 2的类型为“10V电压”，并设定其最小值为0V。

b为了保证称重系统的准确性，就必须使电动机尽量的快速启动和停止，因此我们增加了“电机预磁”及“直流制动”两项功能，确保在极短的时间内完成加减速，而不引起“过电流”和“过电压”故障。

c以前经常发生物料结块后在通过螺旋送料器时卡住，并使螺杆断裂的故障，因此我们使用了“电流限幅”功能。需要注意的是电流限幅的值不是设定的越小越好，设定小了可能造成系统经常停车。我们可以通过螺旋送料器所能承受的最大转矩反算出电动机的最大电流加以设定。

经过大家的努力，我们只用了1天的时间就完成了安装和调试，新的变频调速系统投运半年来没有发生任何故障，完全达到了工艺的要求。

5 结束语

随着交流变频的不断发展，低效率、难维护的直流调速系统必将被淘汰。对于生产中所使用的老旧直流系统，改造时一定要注意负载的特性，根据不同的负载，选用不同的电机及变频器，在使用上述方法还不能满足的情况下可以适当增加电机及变频器功率；对于速度精度要求比较高的，可以考虑加装速度反馈系统，最终一定能够得到满意的效果。

[1] 汪国梁主编.电机学.机械工业出版社.1981年

[2] 施耐德变频器说明书

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.15.062